Создание многопоточных приложений

Параллельные процессы

Как известно, Windows – многозадачная операционная система, обеспечивающая одновременное выполнение многих приложений. Одновременность эта на самом деле кажущаяся. В один момент времени процессор все равно может выполнять только одну команду (для настоящей многозадачности нужны многопроцессорные системы). Просто процессор очень быстро переключается между запущенными в системе задачами, создавая иллюзию их одновременной работы. Подобное псевдоодновременное выполнение процессов известно как "операционная система с разделением времени" (time-sharing).

Для решения многих задач было бы удобно в рамках одного приложения запускать несколько процессов, работающих параллельно. Например, пока программа выполняет какие-то сложные и долгие расчеты в одном процессе, второй процесс, чтобы попусту не терять время, выполняет какие-либо действия с пользовательским интерфейсом (скажем, строит график). При этом надо понимать, что запуск дополнительных процессов снижает скорость работы основного процесса. В приведенном примере расчет будет выполняться медленнее, но это компенсируется выигрышем в общем времени работы.

Другой пример – программа тестирования знаний, которая дает студенту ограниченное время на выполнение тестов и по истечении этого времени выполняет какие-либо действия (обычно вывод сообщения "Зачета нет и не будет").

Наконец, параллельные процессы могут использоваться для изображения сложной анимации, когда надо одновременно перемещать несколько объектов.

Для организации параллельных процессов в Delphi предусмотрен особый тип данных Thread (поток). Название "поток" в данном случае не имеет ничего общего с файловым потоком (см. п. 13.5. на с. 111). Надо отметить, что работа с потоками достаточно сложна и неочевидна.

Создадим программу, выполняющую простейшее действие – сложение двух введенных чисел. Создаем новое приложение и сохраняем файл программы под именем unit1.pas (это важно!), а файл проекта – project1.dpr. Поместим на форму два компонента типа Tedit, кнопку и компонент Tlabel. В обработчике нажатия на кнопку напишем очевидный код:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var a,b:real;

begin

TRY

a:=StrToFloat(Edit1.Text);

b:=StrToFloat(Edit2.Text)

EXCEPT

MessageDlg('Неверные данные', mtError,[mbOK],0);

EXIT

END;

Label2.Caption:=FloatToStr(a+b)

end;

А теперь заставим цвет формы плавно меняться, перебирая все возможные оттенки. Цвет формируется значениями интенсивности красного, синего и зеленого. Интенсивность каждого цвета хранится в одном байте и соответственно принимает значения от 0 до 255. Поэтому для перебора всех цветов можно использовать три вложенных цикла:

for red:=0 to 255 do

for green:=0 to 255 do

for blue:=0 to 255 do

begin

form1.Color:=RGB(Red,Green,Blue);

application.ProcessMessages

end;

Данный код должен постоянно выполняться во втором, дочернем, потоке, который будет создан нашим приложением.

Для создания потока выполним команду меню FileàNewàOtheràThread Object (). В появившемся окошке следует ввести произвольное имя потока, к примеру, Time. Delphi автоматически создаст файл-заготовку для потока с описанием вида

type

Time = class(TThread)

private

{ Private declarations }

protected

procedure Execute; override;

end;

Сразу сохраним файл-заготовку под именем unit2.pas. Поток имеет процедуру Execute, внутри которой и вызывается код, исполняемый в потоке. Однако из процедуры Execute нельзя напрямую обращаться к компонентам. Это связано с тем, что в многопоточном приложении несколько потоков могут одновременно захотеть изменить одно и то же свойство одного и того же компонента. Скажем, при отрисовке, один и тот же пиксел один поток требует окрасить в черный цвет, а другой – в белый. Для исключения подобных коллизий необходимо применять так называемую синхронизацию потоков. Синхронизация обеспечивает последовательный доступ потоков к свойствам компонентов и позволяет избежать конфликтов.

Для синхронизации, прежде всего надо весь код, изменяющий свойства компонентов, вынести в отдельную процедуру. Чтобы в модуле unit2.pas можно было "видеть" форму, описанную в модуле unit1.pas и, наоборот, в операторы USES надо добавить ссылки модулей друг на друга. В файле unit1.pas в самом начале в конец списка модулей в операторе USES добавим unit2. А вот в файле unit2.pas так сделать не удастся – Delphi запрещает ситуацию, когда два модуля ссылаются друг на друга (так называемая "круговая ссылка"). Что же делать? Выход очень простой: ввести ссылку в раздел Implementation:

Implementation

uses unit1, Windows, Forms;

Как видно из примера, приходится вручную прописывать и ссылки на библиотечные модули Windows (в нем хранится функция RGB) и Forms (в нем хранится переменная Application).

Цикл смены цветов будет выполняться бесконечно, но надо предусмотреть возможность его останова при завершении работы программы. В модуле unit1 объявим глобальную переменную br:

var

Form1: TForm1;

Thread: Time;

br:BOOLEAN=false;

Здесь же объявим и переменную Thread, которая будет представлять дочерний поток в программе.

Переменная br должна устанавливаться в True при запросе пользователя на закрытие формы. Для этого создаем обработчик события формы OnCloseQuery:

procedure TForm1.FormCloseQuery(Sender: TObject; var CanClose: Boolean);

begin

br:=true

end;

В модуле unit2 в класс Time добавляем заголовок нашей будущей процедуры:

type

Time = class(TThread)

private

{ Private declarations }

procedure Show; { эту строчку дописать }

protected

procedure Execute; override;

end;

Далее пишем саму процедуру Show:

procedure Time.Show;

var red, green, blue:byte;

begin

for red:=0 to 255 do

for green:=0 to 255 do

for blue:=0 to 255 do

begin

form1.Color:=RGB(Red,Green,Blue);

application.ProcessMessages;

if br then exit

end

end;

Оператор If обеспечивает выход из процедуры при закрытии программы. Осталось организовать синхронный вызов процедуры Show. В заготовке процедуры Execute пишем:

procedure Time.Execute;

begin

{ Place thread code here }

repeat

Synchronize(Show)

until terminated;

end;

Здесь цикл Repeat..Until вызывает метод Synchronize, который, в свою очередь, синхронно и корректно выполняет нашу процедуру Show. Цикл прекращается при завершении потока, когда его свойство Terminated устанавливается в True.

В модуле unit1 осталось организовать запуск потока и прекращение его работы. Пишем обработчик события создания формы OnCreate:

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

begin

DoubleBuffered:=TRUE;

Thread:=Time.Create(false);

Thread.FreeOnTerminate:=true;

Thread.Priority:=tpLower

end;

Поток создается вызовом метода Create. Параметр False указывает на то, что поток начнет исполняться немедленно после создания. Свойство FreeOnTerminate, будучи установленным в True, автоматически освобождает занятую потоком память после завершения его работы. Свойство Priority указывает, какая доля процессорного времени отводится на выполнение потока. Возможны следующие варианты:

Табл. 22.1

Установка приоритета прямо влияет на скорость выполнения потока. При установке высоких приоритетов поток начинает "тормозить" как основную программу, так и всю операционную систему.

При завершении работы программы необходимо завершить и поток. В обработчик события OnCLoseQuery допишем строчку Thread.Terminate:

procedure TForm1.FormCloseQuery(Sender: TObject; var CanClose: Boolean);

begin

br:=true;

Thread.Terminate

end;

Готово! Запускаем программу и видим, как непрерывно меняется фон формы, не мешая при этом выполнять вычисления.